機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)檢測中的應(yīng)用

樊慧超

（山東省黃河計(jì)量研究院，山東 濟(jì)南 250100）

0 引言

機(jī)器視覺技術(shù)涉及多個(gè)領(lǐng)域，屬于一門交叉學(xué)科，具有高效、精準(zhǔn)等的一系列檢測優(yōu)勢，是工業(yè)檢測中重要的檢測手段，但其中還存在了一些問題，這些問題的存在影響到其的實(shí)際應(yīng)用效果，為此，文章就其中存在的問題展開了相關(guān)的研究，同時(shí)探討了其未來的發(fā)展趨勢。

1 機(jī)器視覺技術(shù)

機(jī)器視覺技術(shù)涉及到人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、信號處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域，是一門交叉學(xué)科。機(jī)器視覺作為一種現(xiàn)代化的檢測方法，以其快速、準(zhǔn)確、非接觸等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的重視。機(jī)器視覺技術(shù)雖然起步較晚，但由于其突出的優(yōu)勢，在農(nóng)業(yè)工程、產(chǎn)品檢測、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。特別是近年來，機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用取得了巨大的成就。

2 機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)檢測中的應(yīng)用

快速識別和相關(guān)檢測的快速性和準(zhǔn)確性直接或間接地影響到產(chǎn)品的整體市場競爭力，這為機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)檢測中提供了廣大應(yīng)用空間。在現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過程中，檢測有各種各樣的要求，如機(jī)器各部件尺寸的測量，郵政編碼二進(jìn)制碼和條形碼的識別，以及在短期內(nèi)對明顯缺陷的檢測和歧視性應(yīng)用目標(biāo)等。

2.1 機(jī)器視覺技術(shù)在包裝檢驗(yàn)中的應(yīng)用

在產(chǎn)品包裝檢驗(yàn)行業(yè)領(lǐng)域，一般涉及連續(xù)、大規(guī)模的復(fù)驗(yàn)和測量，如印刷品質(zhì)量的檢測，以及產(chǎn)品包裝上的字符串和條形碼的準(zhǔn)確識別。機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用，提高了產(chǎn)品包裝的質(zhì)量檢測的可靠性和穩(wěn)定性。有人提出利用自動機(jī)器視覺感知技術(shù)來識別網(wǎng)絡(luò)噴墨碼，明確所需圖像數(shù)據(jù)的主要噴墨位置，并利用SVM（support vectors machine，一種比較常見的識別方法）切入并定期訓(xùn)練點(diǎn)陣字符來學(xué)習(xí)和準(zhǔn)確地學(xué)習(xí)識別人工智能算法，多種機(jī)器視覺核心技術(shù)并用建立了鋁塑泡罩包裝的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了常規(guī)的訓(xùn)練、識別功能以及精確的檢測功能，如包括藥物缺陷檢測。在以各種方式進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)，可以有效地檢測包裝和藥品的各種缺陷。在對基于標(biāo)準(zhǔn)的自動機(jī)器視覺感知技術(shù)的算法進(jìn)行改進(jìn)后，可以準(zhǔn)確檢測出印刷品的明顯缺陷，可以提高印刷品檢測的效率，從而提高印刷品的整體質(zhì)量。可以知道，機(jī)器視覺技術(shù)可以滿足包裝檢測的準(zhǔn)確性和精確性的要求。

2.2 機(jī)器視覺技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中的應(yīng)用

在產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)領(lǐng)域，機(jī)器視覺技術(shù)可以檢測得到傳統(tǒng)的手動或繁體中文測量結(jié)果，并可以提高設(shè)備檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。在各種機(jī)械產(chǎn)品的尺寸和整體質(zhì)量測試結(jié)果的新興領(lǐng)域中，自動化機(jī)器視覺相關(guān)的檢測技術(shù)也可以得到更廣泛的應(yīng)用。例如，可以檢測各種零件和產(chǎn)品的幾何相關(guān)參數(shù)，可以進(jìn)行自動生產(chǎn)線中產(chǎn)品的中間位置相關(guān)檢測，并且可以檢測相似產(chǎn)品表面的質(zhì)量檢查結(jié)果。王曉東等利用機(jī)器視覺技術(shù)，將手工加工和自動化操作相結(jié)合，建立了針對極小零件的測量結(jié)果系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了攝像頭設(shè)備和平臺，可用于精密機(jī)器的強(qiáng)制位移，還可以使用組裝軟件進(jìn)行組件裝配。人們在建立了焊接零件外觀的各種圖像集合后，應(yīng)用自動識別的核心技術(shù)進(jìn)行后續(xù)處理，分析了相應(yīng)的致命缺陷，總結(jié)了焊接零件表面致命缺陷的典型特征、參數(shù)等詳細(xì)信息，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并開發(fā)了一個(gè)基于知識庫的高級專家實(shí)現(xiàn)，鉚接部件外表面的缺陷同樣可以機(jī)器識別。人們還研究了電磁鋼板各種缺陷的類型和典型特征，明確提出了一種基于市場上自動機(jī)器視覺經(jīng)驗(yàn)的基于電磁鋼板明顯缺陷檢測結(jié)果的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以實(shí)現(xiàn)自動檢測電磁鋼板各種缺陷的結(jié)果。基于機(jī)器視覺的檢測技術(shù)專注于數(shù)控機(jī)床和機(jī)械手的重復(fù)和精確定位時(shí)，其精度可以達(dá)到亞像素水平并且可控，可用于測量車床及相關(guān)設(shè)備的精度，其精度低于微米級，基本定位精度高。有人根據(jù)實(shí)際需要，對裝配線中的汽車裝配零件進(jìn)行了研究，具體情況為，在深入分析人工視覺和質(zhì)量檢測系統(tǒng)的標(biāo)定原理，并考察了讀取存儲空間和校準(zhǔn)信息的內(nèi)容的基礎(chǔ)上，利用基于市場的校準(zhǔn)方法和基于標(biāo)準(zhǔn)視覺的產(chǎn)品質(zhì)量校準(zhǔn)系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)視覺使用的產(chǎn)品質(zhì)量檢測系統(tǒng)，進(jìn)一步從理論上和實(shí)測數(shù)據(jù)上驗(yàn)證了機(jī)器視覺檢測技術(shù)通用方法的可行性。

2.3 其他工業(yè)領(lǐng)域檢測中的應(yīng)用

從應(yīng)用角度看，基于機(jī)器視覺的檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)發(fā)展各種行業(yè)的檢測中，比如可用于產(chǎn)品的數(shù)量和計(jì)數(shù)（印刷品印刷電路），比如可用于工具參數(shù)的檢測等。利用非接觸式自動機(jī)器視覺和傳感技術(shù)，人們成功地完成了棒材的機(jī)器計(jì)數(shù)和分離，實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能包括自動編號和自動分離，在此兩個(gè)功能實(shí)現(xiàn)過程中系統(tǒng)模塊都能完美地實(shí)現(xiàn)高精確度的計(jì)數(shù)的目標(biāo)。陳秋霞等人以數(shù)控機(jī)床和車床為研究對象，對環(huán)境中刀具磨損的快速準(zhǔn)確檢測這一核心問題進(jìn)行了研究，并提出了相應(yīng)的解決方案，具體為對以不同獲取方法在內(nèi)容的顏色漸變分布區(qū)域中的區(qū)域差異進(jìn)行比較，明確提出了一種基于開放鄰居搜索技術(shù)的交互式界面工具，以實(shí)現(xiàn)易于提取算法。陳英等人使用機(jī)器視覺傳感技術(shù)對各種技術(shù)缺陷進(jìn)行了更廣泛的科學(xué)研究，并建議將基本標(biāo)準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)與要測試的彩色圖像進(jìn)行比較，通過比較更多差異分析了PCB致命缺陷檢測結(jié)果，提出了一種人工智能算法，該算法可以識別區(qū)分區(qū)域的邊界線上的印刷電路板，該算法測試基于對400個(gè)PCB圖樣本的分析，相對檢測準(zhǔn)確率為98.3%，可以比較穩(wěn)定地檢測到常規(guī)缺陷。

3 機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)檢測應(yīng)用中存在的問題

3.1 硬件方面因素

不同機(jī)械視覺技術(shù)的成功應(yīng)用和測試，有賴于系統(tǒng)硬件技術(shù)良好的環(huán)境穩(wěn)定性。除環(huán)境因素外，影響系統(tǒng)硬件技術(shù)的主要因素有標(biāo)準(zhǔn)光源、光學(xué)系統(tǒng)的透鏡角度、靜態(tài)圖像采集卡和自行設(shè)計(jì)的非工作機(jī)構(gòu)。在國外，以外部結(jié)構(gòu)攝像機(jī)為主的頭部烹飪材料領(lǐng)域，各種參數(shù)、光源的均勻性和控制、數(shù)據(jù)采集卡的加速度轉(zhuǎn)換、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連續(xù)操作精度等都得到了迅速的發(fā)展和更新。例如，相機(jī)正朝著高幀速率模式速率、小尺寸、輕重量、高圖像清晰度的方向發(fā)展；光源的整體開發(fā)中斷非常成熟，因?yàn)長ED最大的特點(diǎn)是覆蓋能力好，光譜范圍寬（在光線范圍內(nèi)可以看到整體覆蓋），發(fā)光強(qiáng)度比高；使用DSP（大型數(shù)字信號生成和后續(xù)處理）半導(dǎo)體以及特殊的圖像數(shù)據(jù)信號后續(xù)處理卡可以在彩色圖像采集速率的許多方面提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理性能。但是，在中國發(fā)展相對緩慢，并且諸如CCD相機(jī)之類的軟件和硬件仍難有選擇，執(zhí)行器的一部分取決于國外新產(chǎn)品，因此，我們應(yīng)更加注意制造和組裝的高精度。

3.2 軟件方面因素

需要明確的是，在線相關(guān)檢測需要及時(shí)，并且要有快速的良好檢測結(jié)果，這就要求機(jī)器視覺檢測技術(shù)在軟件方面的處理速度上需要高于或等于圖像內(nèi)容獲取模式的速度。機(jī)器視覺檢測技術(shù)主要是從視覺軟件級別和彩色圖像上進(jìn)行后續(xù)處理機(jī)器學(xué)習(xí)算法和明顯特征數(shù)據(jù)處理機(jī)器學(xué)習(xí)算法。而當(dāng)前階段使用的大多數(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)算法都具有客觀的解決方案，其后續(xù)處理的速度無法追求。另外，到目前為止，限制機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)檢測中的應(yīng)用的主要原因是它被用于一維圖像內(nèi)容的處理和綜合分析，有時(shí)無法準(zhǔn)確地提取出更復(fù)雜的物體形狀的圖像內(nèi)容。

3.3 外部環(huán)境因素

在自動化機(jī)器人的視野中在系統(tǒng)功能方面，光源的影響尤為突出，因?yàn)楣庠吹馁|(zhì)量將極大地影響圖像數(shù)據(jù)的色彩平衡值，從而極大地影響了將靜態(tài)圖像的精度分為兩部分。此外，再生的各種圖像的整體質(zhì)量通常受表面整體顏色，大小和形狀的影響。

4 結(jié)束語

由上可知，機(jī)器視覺技術(shù)有著很多的優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用到我國現(xiàn)代工業(yè)檢測當(dāng)中，但其中還存在的一些問題，這些問題的存在會影響到其的實(shí)際應(yīng)用效果，為此有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)充分了解到其問題存在的成因，探索出科學(xué)合理的解決方案。